南關(guān)煤礦施工底錨桿底鼓治理實踐

陳 寧

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)， 山西 靈石 031300）

引言

汾西礦業(yè)集團南關(guān)煤業(yè)公司礦井屬斜井開拓，現(xiàn)有四個井筒，分別是主副斜井、行人斜井、回風斜井。原設(shè)計分+700 m和+280 m兩個水平進行開采，共分七個采區(qū)，現(xiàn)開采+700 m水平的一、三采區(qū)。由于該礦壓力大，已投入使用的開拓巷道，反復維修，導致巷道的維修費用高出掘進成本3倍。隨著三采區(qū)向西五采區(qū)延伸，開采深度不斷增加，加之礦井地壓大，維修成本勢必會更高。近幾年來在集團公司領(lǐng)導的支持下，大力提倡引進煤炭行業(yè)新技術(shù)和新產(chǎn)品，積極推廣應用生產(chǎn)中的新工藝、新設(shè)備、新材料，解決支護上的困難。雖然在治理巷道變形上起到了一定的效果，但從根本上還是解決不了問題。

近幾年來，該礦先后進行了O型鋼棚支護、U型鋼棚支護、壁后注漿技術(shù)研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，架設(shè)O型棚和U型棚對地質(zhì)條件有局限性，而且成本高、工藝復雜、施工效率低，對于剛掘進的巷道不適合架設(shè)鋼棚，但是巷道底鼓、變形一直影響著新掘進巷道的使用，加之南關(guān)煤礦礦井地質(zhì)條件復雜，煤層頂?shù)装鍨槟鄮r和砂巖，頂?shù)装鍘r層普氏系數(shù)f=4～6，順槽巷道在掘進過程中要拉底1～2次，回采過程中要拉底2～3次，過頻的拉底不但嚴重影響了礦井的正常生產(chǎn)，增加了成本，而且造成了巷道變形量增大，導致巷道失穩(wěn)破壞，進而導致相鄰的開拓巷道圍巖失衡，造成巷道再次變形。

1 工作面概況

3206運輸巷（見表1）位于三采區(qū)，地面標高為1 008～1 098 m，井下標高為 620～450 m，蓋山厚度為500 m左右，該巷道所在的區(qū)域總體在背斜構(gòu)造的南翼，北高南低，工作面開采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2號煤，煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該煤層以半亮煤為主，暗煤次之，層狀結(jié)構(gòu)，屬中強度硬度煤層，斷口不平整、性脆、條痕黑色。2號煤厚0.65～2.5 m，平均煤厚2.45 m，煤層傾角為1°～18°，煤層層理及節(jié)理為中等發(fā)育，工作面水文地質(zhì)條件為中等，根據(jù)井下掘進實際測定瓦斯含量為0.02%～0.05%，提供瓦斯鑒定：預測該工作面為低瓦斯，相對瓦斯涌出量為1.02 m3/t。絕對瓦斯涌出量 4.12 m3/min。

表1 3206運輸巷頂?shù)装迩闆r

3206運輸巷采用綜合機械化掘進，沿2號煤層頂板掘進，根據(jù)地質(zhì)情況確定斷面形狀為兩幫平行的梯形，毛寬4.6m，毛高2.8m，凈寬4.4m，凈高2.6m，凈斷面積11.4 m2，巷道設(shè)計長度1 230 m，永久支護采用錨桿+網(wǎng)+鋼帶+錨索聯(lián)合支護，見圖1。

圖1 3206運輸巷斷面支護圖（m）

2 底錨桿作用機理

打底角錨桿在控制底板變形中的作用，主要是通過成排置入底板的桿體，利用材料自身的抗彎剛度，切斷底板基角部位的塑性滑移線，對于巖體結(jié)構(gòu)為塊狀結(jié)構(gòu)或塊裂結(jié)構(gòu)的深部軟巖巷道支護工程，可以有效控制巷道底鼓[1]。

3 3206運輸巷底錨桿施工工藝

1）施工位置：在3206運輸巷里程70～85 m段進行施工。

2）準備工作：施工前將風鎬、洋鎬、鐵鍬等準備至作業(yè)地點，并將風鎬管路連接可靠。

3）施工順序：清挖基礎(chǔ)→穩(wěn)固鉆機→施工底板錨桿→回填基礎(chǔ)。

4）作業(yè)方式：錨桿基礎(chǔ)規(guī)格：長×寬×深為3 300 mm×300 mm×200 mm。要求基礎(chǔ)清至實底，底板平整，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可加大基礎(chǔ)深度。采用人工鎬刨清挖基礎(chǔ)后使用ZQJ-150/3.8S型氣動架柱式鉆機（D型）配合中空接長式麻花鉆桿和Φ32 mm雙翼鉆頭濕式打眼、施工錨桿，最后回填基礎(chǔ)、整平巷道。施工完成后要保證巷道高度不低于2.8 m。

5）支護方式：底板支護使用Φ20 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿和Φ120 mm×10 mm圓托盤，每根錨桿用兩卷錨固劑，一卷CK2355錨固劑在內(nèi)（孔底），一卷K2355錨固劑，錨桿露出螺母長度為10～30 mm，扭矩200 N·m。使用鋼帶配合托盤疊加安裝，鋼帶要密貼底板，不松動。錨桿垂直底板布置。因現(xiàn)巷道右?guī)弯佋O(shè)著溜子，因此右?guī)偷谝桓^桿緊靠溜子左邊施工，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm，一排4根錨桿，使用2 000 mm×80 mm×12 mm和1 000 mm×80 mm×12 mm的鋼帶。巷道鋪設(shè)皮帶后，錨桿數(shù)量改為一排3根，間排距為1 000 mm×1 000 mm，使用2 000 mm×80 mm×12 mm的鋼帶，緊靠皮帶右邊布置，見圖2。

圖2 3206運輸巷底錨桿支護圖（mm）

4 效果檢測

為驗證3206運輸巷底錨桿的施工是否可以控制巷道底板變形，進行了底錨桿的錨固力監(jiān)測和巷道頂?shù)装遄冃瘟康谋O(jiān)測。

4.1 底錨桿錨固力監(jiān)測

根據(jù)3206運輸巷底錨桿的支護參數(shù)，確定該巷道底錨桿治理底鼓工業(yè)性試驗中共計施工底錨桿45根。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，每根底錨桿均進行了二次預緊，通過采用力矩扳手檢測，45根底錨桿預緊扭矩均達到要求的200 N·m，合格率100%。

4.2 巷道頂?shù)装遄冃瘟?/h3>

為保證礦壓數(shù)據(jù)分析的準確性，對施工的底錨桿，每隔一排觀察監(jiān)測一組數(shù)據(jù)（一排中抽取1根監(jiān)測），共計監(jiān)測8組數(shù)據(jù)，監(jiān)測方法采用在錨桿施工后的前5 d每天觀察一次。

由圖3可知，巷道在施工底錨桿后，在第四天頂?shù)装逡平孔兓首畲螅舐呌谄骄彛詈?0～25 d之后，頂?shù)装逡平繑?shù)值沒有較大變化，巷道最大頂?shù)装逡平繛?20 mm，相比于未施工底錨桿的巷道變形量大大減小，甚至可以達到變形量在可控范圍之內(nèi)，不用進行拉底維護，巷道也可以正常使用。

圖3 巷道頂?shù)装遄冃瘟?/p>

5 結(jié)語

南關(guān)煤礦通過采用底錨桿進行底鼓治理，取得了很大的成果。通過階段性試驗，巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?20 mm，相比于之前的需要拉底2～3次的局面，底錨桿的使用大大減小了巷道變形量，節(jié)省了人力、物力、財力的投入，提高了礦井的生產(chǎn)效益，保證了巷道正常使用，也為同類地質(zhì)條件的巷道底鼓治理提供了技術(shù)借鑒。

[1] 趙利濤.新景礦高地應力巷道底鼓控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].邯鄲：河北工程大學，2013.